基于Petro-SIM 的90 萬噸/年氣分裝置節能降耗的模擬與優化

毛玲娟，劉亭亭，鄒子墨，何順德，李琬菁，隋建國

(浙江石油化工有限公司，浙江舟山 316000)

輕烴回收系統作為煉廠的重要分離單元，其運行的重點主要在于：(1)確保產品質量合格，提高產品回收效率；(2)節能降耗操作，降低分離成本。煉廠分離系統的模擬優化方案根據需要解決的問題不同而不同：(1)以提高目標產品質量和收率為目的的優化[1-2]；(2)以節能降耗為目的的優化[3-4]；(3)以解決裝置問題的優化等[5-6]。本文針對某煉廠90 萬噸/年氣分裝置，以節能降耗為優化目的開展研究。

流程模擬軟件可以對煉廠的工藝流程進行建模與模擬，是煉化企業設計、優化的必備工具。英國KBC公司的Petro-SIM 軟件不僅擁有常規流程模擬的強大物性數據庫，同時擁有世界領先的嚴格機理模型(SIM 反應器)，也是唯一可以搭建全煉廠模型的優化軟件，為本研究提供了重要的軟件支持。

某煉廠90 萬噸/年氣分裝置主要以液化石油氣為原料，采用三塔工藝流程，分別為脫丙烷塔、脫乙烷塔、丙烯塔，其中丙烯塔以兩塔串聯來生產后序化工裝置原料。當前，氣分裝置得到的產品滿足技術要求，但其操作條件仍有優化空間，可進一步通過操作優化，節能降耗。為此，本文利用Petro-SIM 流程模擬軟件對氣分裝置降壓操作進行了研究，以實現裝置的節能降耗。

1 模型建立

1.1 工藝流程模型

使用Petro-SIM 軟件對該氣分裝置進行建模，其工藝流程圖和Petro-SIM 模型圖如圖1 所示。

圖1 90 萬噸/年氣分裝置工藝流程圖和Petro-SIM 模型圖Fig.1 Process flow chart and Petro-SIM model diagram of 90 MT·a-1 gas separation unit

氣分裝置的產品技術指標見表1。

表1 產品技術指標Tab.1 Product technical indicators

1.2 模型參數

以氣分裝置某日的實際進料組成和實際工況參數為建模參數，利用Petro-SIM 軟件對其進行建模。某日的平均物料平衡數據見表2；平均原料和產品組成見表3；平均操作參數見表4。

表2 氣分裝置物料平衡數據Tab.2 Material balance data of gas separation unit

表3 平均原料組成及產品組成Tab.3 Average raw material composition and product composition

表4 氣分裝置的平均操作參數Tab.4 Average operating parameters of the gas separationseparation unit

2 模型驗證

表5 是某日氣分裝置正常運行的實際操作參數的平均值以及將當天數據進行流程模擬計算出的參數，對比實際工況和模擬工況可知，通過模型計算得到的產品性質和實際的產品性質相近，且模型的各操作參數與真實操作參數相差很小，說明模型能夠真實模擬實際的操作工況，可用于優化指導。

表5 實際工況與模擬工況操作參數對比Tab.5 Comparison of operating parameters between actual working conditions and simulated working conditions

3 模型優化分析

3.1 優化后操作參數

對于氣分裝置而言，能夠在確保產品質量達到技術要求的前提下，塔的操作壓力越低其能耗越低。為此，通過流程模擬嘗試降低3 個塔的塔壓以實現節能降耗的目的。經模擬發現，脫乙烷塔和丙烯塔的塔壓的降低帶來的效果更加明顯。氣分裝置降低塔壓之后的實際值和模擬優化后的操作參數對比見表6；優化前后原料及產品組成見表7。

表6 氣分裝置實際操作參數與優化后操作參數Tab.6 The actual operating parameters and optimized operating parameters of the gas separation unit

由表7 可以看出，丙烯產品中丙烯的純度為99.60%，其中丙烷含量為0.40%，滿足丙烯產品的技術指標(丙烯純度≥99.60%；丙烷含量≤0.40%)；丙烷產品中丙烷的純度為98.50%，其中丙烯含量為1.44%，滿足丙烷產品的技術指標(丙烷純度≥96.50%；丙烯含量≤2.00%)；脫丙烷塔底C4 中C3 含量為2.01%，小于3.00%，滿足產品技術指標；脫乙烷塔底物中乙烯的含量為0%，滿足產品技術指標。

表7 優化前后產品組成Tab.7 Product composition before and after optimization

3.2 優化后熱水用量

氣分裝置優化后的熱水用量變化見表8。從表中可以看出，按照優化后的操作參數運行，理論上可以節約熱水用量705.67 t·h-1，能夠顯著降低氣分裝置的熱水能耗。

表8 氣分裝置優化后的熱水用量Tab.8 Hot water consumption after optimization of air separation unit

該優化方案指導現場操作員工進行優化操作，經考核，實際優化后的熱水用量節約了約700 t·h-1，同時用電量也得到了大幅降低，真正實現了裝置節能降耗的目的。

4 結論

利用Petro-SIM 流程模擬軟件對該氣分裝置進行流程機理建模，在保證該氣分裝置所有產品質量合格的條件下，通過流程模擬計算，提出了節能降耗的優化運行方案。通過理論計算可知，優化后裝置的熱水能耗顯著降低，理論上可節約熱水用量705.67 t·h-1，為裝置實現節能降耗提供了理論指導。通過實際優化后的結果表明，實際熱水用量節約了約700 t·h-1，同時用電量也得到了大幅降低，真正實現了裝置節能降耗的目的。